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Centre Scientifique et Technique de la Construction www.cstc.be
Cycle technique‘Energie & Construction’
Prévenir la surchauffe estivale
05 mai 2011
Xavier LoncourCentre Scientifique et Technique
de la Construction
Centre Scientifique et Technique de la Construction www.cstc.be
La surchauffe dans les bâtiments
Problématique locale au sein des bâtiments Certains locaux peuvent présenter des problèmes de
surchauffe et d’autres pasL l it é à l’ t t f é t l l Les locaux situés à l’ouest sont fréquemment les plus critiques
Phénomène influencé par de nombreux facteurs
Cette présentation est orientée vers: Les causes possibles de la surchauffe Les solutions pour y remédier
Ne sont pas abordés dans cette présentation: Comme estimer s’il y a un risque de surchauffe et quels
sont les moyens d’évaluer ce risque?• Calcul numérique, méthode PEB, ...
2Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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La surchauffe dans les bâtiments
Pour combattre efficacement la surchauffe, il est important d’identifier sa (ses) cause(s)
Les solutions à apporter peuvent être différentes selon les cas
Les solutions à mettre en œuvre peuvent aussi être très différentes selon le type de bâtiment Immeuble de bureau Logementg
Voir exemple des vitrages sélectifs ou des types de façade particuliers
3Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
4Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
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Le rayonnement solaire
UV 3 %
IR: 44 %
Lumière: 53 %
UV: 3 %
Energie(W
/ cm²
m)
Longueur d’onde (m)
Mai 2011 5Prévenir la surchauffe estivale
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Le spectre électromagnétique
100Å 1µm 10µm 100µm 1mm 1cm 10cm 1m 10m 100m 1km0.1µm10Å1Å0.1Å0.01Å0.001Å
ONDES RADIOINFRAROUGERAYONS RAYONS X ULTRAVIOLET V
6Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Longueur d’onde0.38µm 0.78µm
Visible
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La course du soleil
60
(°)
15 juillet15 juillet
15 août15 août
15 septembre15 septembre
15 octobre15 octobre
15 novembre15 novembre
15 décembre15 décembre14 h 00
12 h 00
10 h 00
N
15 juin15 mars15 décembreE
O
PARIS48°50’N
-135°N-E
-90°E
-45°S-E
0°S
45°S-O
90°O
135°N-O
(°)0°
10
20
30
40
50
18 h 00
16 h 00
15 décembre
8 h 00
6 h 00
Mai 2011 7Prévenir la surchauffe estivale
Source : UCL – Architecture & Climat
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Les gains solaires – facteurs d’influence
Dimension des surfaces vitréesType de vitrage
Facteur solaire Valeur g Facteur solaire - Valeur g
Ensoleillement Orientation / Pente Ombrage:
• EnvironnementalStructurel
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• Structurel• Protections solaires• Volets
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Transmission du rayonnement solaire dans une paroi
Une partie du rayonnement solaire est Transmise directement vers l’intérieur Absorbée par la paroi Absorbée par la paroi Réfléchie vers l’extérieur La partie absorbée est réémise en partie vers
l’intérieur et en partie vers l’extérieur
On a
9
On a + + = 100%
Dans le cas d’une paroi opaque, la transmission directe est nulle
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Facteur solaire (g) d’un vitrage
)()(
WincidentsolairetRayonnemenWtransmiseChaleurg
ee
e
10
g = 87%
transmissionindirecte
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Minimiser les gains solaires
Parties vitrées Protections solaires
extérieures(y compris volets)
Type de commande(idéalement automatique)
11Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Performance des protections solairesUne large gamme de produits disponibles
Tant au niveau des systèmes que des matériaux
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Performances des protections solaires intérieures et extérieures (1)
Protection intérieure Ne résout que le problèmeq p
d’ensoleillement direct Très peu efficace pour limiter les
gains solaires
Protection solaire extérieure
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Bonne protection contreles gains solaires
! Durabilité et entretien
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Performances des protections solaires intérieures et extérieures (2)
v : facteur de transmission visuelle g : facteur de transmission énergétique
40%50%60%70%80%90%
tvg
Y
X
14
14
0%10%20%30%
Doublevitrage
PS ext. PS interm. PS int.
g
Valeur g = X/Y
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Performance des protections solairesUne large gamme de produits disponibles
Facteur d’ombre Fc :Rapport entre le facteur solaire de l’ensemble ‘vitrage & PS’ et celui du vitrage seul
Energie solaire qui pénètre est divisée d’unfacteur 2 (50%) avec la protection solaire
15Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Centre Scientifique et Technique de la Construction www.cstc.be
Choisir une protection solaire?
De nombreuses fonctions à remplirParfois contradictoire...
Opacité vision vers l’extérieur
16Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Protection solaireDe nombreuses fonctions à remplir... Pour le confort thermique :
• Le facteur solaire•• ...
17Illustrations SNFPSA
EN 14501 (2005) – Fermetures et stores – Confort thermique et lumineux – Caractérisation des performances et classification
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Protection solaireDe nombreuses fonctions à remplir... Pour le confort visuel :
• Le contrôle de l’opacité
• Le contrôle de l’éblouissement
• L’intimité de nuit
• Le contact visuel avec l’extérieur
• L’utilisation de la lumière naturelle
• Le rendu des couleurs
18Illustrations SNFPSA
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Protections solaires - confort thermique
Définition des classes de performance :
Contrôle des apports solaires – facteur solaire gtot 4 vitrages de référence (annexe A de la norme EN 14501) Etiquetage des produits : avec vitrage C suivant EN13363-1
19Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Illustration SNFPSA
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Protection solaire - confort visuel
Contrôle de l’opacité
20Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Extrait de catalogue de toiles de protections solaires
21Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Protection solaireDe nombreuses fonctions à remplir – Mais encore…
Protéger des UVConfort visuel
Mi l été hi ( ê d Mise en place été comme hiver (même en cas de gel )
Mise en place en cas de vent
Résistance mécaniquePossibilité d’entretien
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Protections solairesNécessité d’une gestion efficace !
23Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
SOURCE : VEROZO
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Minimiser les gains solaires
Choix du type de vitrage Vitrage classique
• Réduction dans un même rapport des apports l i t l isolaires et lumineux…
Vitrages sélectifs• Transmission lumineuse beaucoup plus élevée
que la transmission énergétique (p. ex. 65% / 35%)
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)• Solution non modulable – réduction des gains
solaires été comme hiver…
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Vitrages à contrôle solaire
*
* v = 60% - g = 33%
Extrait de la Note d’Information Technique n°214 du CSTC
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Quelques ordres de grandeur
Type de vitrage UW / m² K
g(combinaison)
-
v-
1. Simple vitrage 5.7 0.85 0.90
2. Exemple de double vitrage (4/15/4) 2.9 0.75 0.82
3. Exemple de double vitrage amélioré 1.8 0.65 0.67
4. Exemple de double vitrage sélectif 1.1 0.37 0.66
26
26
2. + Protection extérieure blanche 1.8 0.17 0.11
2. +Protection solaire intérieure blanche 1.8 0.51 0.09
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Estimation des gains solaires directs
Hypothèses Façade SUD Fenêtre simple vitrage 2m²Fenêtre simple vitrage 2m Ensoleillement : 400 W/m²
Résultats Sans protection solaire: 680 W – 100% Protection solaire int: 410 W – 60%
Protection solaire ext: 140 W 20%
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Protection solaire ext: 140 W – 20%
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Minimiser les gains solaires
Ombrage structurel
28Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Concepts particuliers de façades
Immeubles de bureaux
30Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Exemple de double façade ventilée mécaniquement (façade active)
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Exemple de double façade ventiléenaturellement (façade passive)
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Exemple de façade activeAIRPORT GARDEN
Arch : Jaspers - Eyers
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
35Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
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Minimiser les gains solaires indirects
Parois opaquesg = * U / he
P éd i l i i di t
Valeur g = X/Y
Pour réduire les gains indirects Isolation (extérieure) des parois opaques Diminuer l’absorption de la paroi (augmenter la réflexion)
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Y
X
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Minimiser les gains solaires indirects
Solution nr 1 - Agir sur l’isolation de la paroi
Epaisseur d’isolant
U W / m² K
g Par rapport à une toiture non isolée d isolant W / m K toiture non isolée
0 cm 4.55 19.8% 100% 3 cm 1,55 6.7% 34% 6 cm 0,88 3.8% 20% 18 cm 0.34 1.5% 8% 30 cm 0,21 0.9% 5%
37Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Minimiser les gains solaires indirects
Solution nr 2 - Agir sur la couleur de la membrane diminuer l’absorption de la paroiMembranes de couleurs claires réfléchissant le
l i ( 70%)rayonnement solaire (ρ = 70%)
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Quid de l’incidence de la couleur de la membrane ?
Fraction du rayonnement solaire réfléchieRayonnement solaire
incident
Fraction du rayonnement solaire absorbée
Diffusion par conduction vers
l’intérieur
Mai 2011 39Prévenir la surchauffe estivale
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Couleur de la membrane d’étanchéitéTempérature au niveau de la membrane (Moyenne)
30.0
10.0
15.0
20.0
25.0
T [°C
]
0.0
5.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T OUT T Blanc T Noir
Mai 2011 40Prévenir la surchauffe estivale
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Profil de température de différentes configurations de toitures plates
41Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
EXTRAIT DE LA NIT 229 – Les toitures vertes
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Couleur de la membrane d’étanchéitéIncidence sur le flux thermique
54 xplus faible
175 xplus faible
Membrane de couleur noir: = 0,95 g = x U/he = 0,0121 (8 cm PUR)
Membrane de couleur blanche: = 0,29 g = x U/he = 0,0037 (8 cm PUR)
Double vitrage (U = 1,1 W/m²K) sans coating réfléchissant: g = 0,65
Mai 2011 42Prévenir la surchauffe estivale
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Couleur de la membrane d’étanchéité
La couleur de la membrane Influence la température de surface de la membrane elle-même Permet de réduire les gains solaires au travers de la toiture En comparaison avec les gains solaires au travers des vitrages, les gains
t t f ibl ti li t it t t i lérestent faibles, en particulier pour une toiture correctement isolée
Encrassement de la membrane limiter l’incidence de la couleur sur les gains solaires au travers de la toiture
En conclusion: L’incidence de la couleur de la membrane sur les gains solaires au travers de la toiture sera d’autant plus élevée que la surface de la toiture est importante et que cette dernière est peu ou pas isolée
43Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
44Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
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Surchauffe très importante dans une chambre
45Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Origine de la surchauffe
Gains interne liés à laprésence du ballon destockage d’eau chaude duchauffe eau solaire etchauffe eau-solaire etpassage des conduites d’eauchaude non isolée
+ des surfaces vitrées nonéquipées de protections
l isolaires
46Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Solution apportée Le problème a été en grande partie solutionné en
isolant les conduites, en augmentant l’isolation du ballon et en rajoutant des protections solaires
47Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
AVANT PLACEMENTDES PROTECTIONS SOLAIRES
APRES PLACEMENTDES PROTECTIONS SOLAIRES
ISOLATION DES CONDUITESD’EAU CHAUDE MENANT
AU CHAUFFE EAU SOLAIRE
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Minimisation des gains internes
Certains problèmes de surchauffe peuvent être dus à des gains internes trop importants
Problématique particulièrement importante dans les immeubles de bureauxles immeubles de bureaux
Types de gains internes Personnes
• de l’ordre de 125…170 W/personne• de l’ordre de …12… W/m²
Équipement informatique/ bureautique
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q p q / q• Ordinateur / écran / imprimante / fax / photocopieuse• de l’ordre de 160…240W / personne … 24W/m² …
Éclairage
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
49Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
EXTERIEUR INTERIEUR
CAPACITE THERMIQUE
INUTILE UTILE
Faiblecapacité thermiqueT augmente
Fortecapacité thermique
T diminueEXT
INT
EXT
INT
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Influence de la masse thermique
Effet de Serre= Temp?
Source de chaleur?
(Comme pour le chauffage) l’influence sur la température est entre autres dépendante de la masse thermique:
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entre autres dépendante de la masse thermique: Beaucoup de masse thermique accessible chaleur peut
être captée courbe de température plus plate Peu de masse thermique chaleur n’est pas captée
Courbe de température plus dynamique
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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L’effet de serre : le rayonnement solaire se transforme en chaleur derrière un vitrage
1. EnsoleillementUV, lumière, IR de courte LO
2. Absorption: échauffement
3. Réémission de la chaleur à l’intérieur par convection et rayonnement
4. Le verre est opaque aux les IR à longue longueur d’onde
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Combattre la surchauffe – un cas d’étude
Mai 2011 53Prévenir la surchauffe estivale
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Combattre la surchauffe – un cas d’étudeAnalyse du bilan thermique et de la
température intérieure de la chambre 1
54Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Notion de bilan thermiqueJour Nuit
35°C 15°C
Gains directs
Pertes par ventilation
Pertes par ventilation
Gains par transmission
Pertes par transmission
Gains (V)
20°C 30°CGains indirects
Pertes par transmission
Gains internes
Pertes par transmission
Gains (V)
Gains internes
30°C 20°C
55Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
20°C 20°C
p p
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Ventilation intensive de nuit
Idée de base Profiter des différences de température entre le jour et la
nuit pour rafraîchir le bâtiment via la ventilation intensive de nuitde nuit
Evacuer la chaleur et accumuler la fraicheur via la masse thermique
Pour fonctionner, il faut : Une masse thermique suffisante et accessible Un taux de ventilation élevé (n = 5…8…12 h-1)
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( ) De grandes ouvertures - disposition des ouvertures Ventiler lorsque la température extérieure est inférieure à
la température intérieure
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Ventilation intensive de nuit
Différence de température jour/nuit30
Différence de l’ordre de 10°C
15
20
25
Tem
péra
ture
ext
érie
ure
(°C
)
57
5
10
27-07 29-07 31-07 02-08 04-08 06-08 08-08 10-08 12-08
T
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Comment améliorer le confort d’été ?
Isoler suffisament
Ventiler de manière intensive
Limiter les gains solaires
... En combinant les différentes mesures
Mais lorsqu’il fait chaud à l’intérieurl’isolant conserve la chaleur à l’intérieur
58Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Bilan thermique sur 15 jours Gains de chaleur dans la chambre 1 pour la toiture
isolée avec 18 cm de laine minérale Les gains solaires à travers le vitrage > 50% Les gains internes = 25%g
59Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Influence des différentes mesures
60Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Qu’apporte la masse thermique ?
MT léger – les températuresmontent + vite et + haut
MT léger – les températuresdescendent aussi + vite et + bas
61Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Publicité
Confort d’été – Quid des isolants naturels?
L’amortissement est l’atténuation de l’amplitude de l'onde thermique extérieure, observée à l’intérieur…
Amortissement:
Tint moy
Ai = amplitude intérieure
Ae =Amplitude extérieure
TE t moyTExt moy
Amortissement = 1- (Ai / Ae)
Mai 2011 62Prévenir la surchauffe estivale
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Confort d’été – Quid des isolants naturels?Publicité
Le déphasage est le temps nécessaire pour que le pic d’onde extérieure arrive à l’intérieur …
Déphasage
Onde extérieure
T° [°C]
Déphasage
temps
Onde intérieure
Mai 2011 63Prévenir la surchauffe estivale
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Capacité de stockage de chaleur
Pour stocker rapidement un maximum de chaleur, un matériau doit avoir : une conductivité thermique (λ) élevée … pour que la
chaleur puisse facilement pénétrer dans l’entièreté du ématériau
une chaleur spécifique (Cp) et une masse volumique (ρ) élevées …pour pouvoir accumuler un maximum de chaleur sans trop s’échauffer
Mai 2011 64Prévenir la surchauffe estivale
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Capacité de stockage de chaleurQuelques matériaux et leurs propriétés:
λW/m.K
kg/m³
CpJ/kg.K
Capacité de stockage kJ/m³.K
% relatifs
Béton armé 2.5 2400 1000 2400 = 100%2.5 2400Maçonnerie en blocs de béton creux 1.1 – 1.7
1600-2400 1000 1600-2400 67-100 %
Plaque de plâtre 0.25 800 1000 800 33 %
Maçonnerie en blocsde béton cellulaire 0.20 300-700 1000 300-700 13 - 29 %
Bois de charpente 0.13 500 1600 800 33 %
Laine de bois 0.039 55 - 70 2000 110-140 5 – 6 %
65Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Ouate de cellulose 0.039 30 - 40 1100 33 - 44 1 – 2 %
Laine de chanvre 0.039 25 - 30 1400 35 -42 1 – 2 %
Laine de lin 0.037 25 - 30 1600 41 - 50 2 %
Laine minérale 0.035 25 - 30 1030 26 - 31 1 %
Polyuréthane 0.025 25 - 30 1400 35 - 42 2 %
= valeurs issues des documentations techniques ou ETA, complétées par les valeurs de la norme NBN B 62-002
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35.0
40.0
Toiture inclinée soumise uniquement à un signal sinusoïdal de température – t° à la face intérieure
35.0
40.0
35.0
40.0
35.0
40.0
Isolation 6 cmI l ti 18
15.0
20.0
25.0
30.0
15.0
20.0
25.0
30.0
15.0
20.0
25.0
30.0
15.0
20.0
25.0
30.0Isolation 18 cm
Isolation 30 cmAe Ai
0.0
5.0
10.0
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
T° air extérieur [°C]
T° surface int. toiture WW 6 cm
T°surface int. toiture MW 6 cm0.0
5.0
10.0
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
T° air extérieur [°C]
T° surface int. toiture WW 18 cm
T°surface int. toiture MW 18 cm
66
0.0
5.0
10.0
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
T° air extérieur [°C]
T° surface int. toiture WW 30 cm
T°surface int. toiture MW 30 cm
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
0.0
5.0
10.0
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
T° air extérieur [°C]T° surface int. toiture WW 6 cmT°surface int. toiture MW 6 cmT° surface int. toiture WW 18 cmT°surface int. toiture MW 18 cmT° surface int. toiture WW 30 cmT°surface int. toiture MW 30 cm
L’amortissement est déjà >50% avec 6 cm d’isolant
-
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Température au sein du local
67Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Les notions théoriques de déphasage et d’amortissement n’ont plus de sens dans la réalité
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Sous des conditions réelles le comportement est très différent des analyses théoriques!
Explications: En journée, le rayonnement solaire frappe la toiture. Il
traverse directement le vitrage et réchauffe le local – bien l id t ’ t t l’é i d’i l tplus rapidement qu’en traversant l’épaisseur d’isolant…
Au sud l’ensoleillement est maximum à 12h. Le pic de chaleur extérieure arrive vers 15h la chambre est déjà réchauffée…
En fin d’après-midi, l’air extérieur se refroidit, le flux de chaleur s’inverse mais l’isolant piège la chaleur à l’intérieur…
é à La ventilation intensive démarre à 19h00
Le déphasage et l’amortissement n’ont plus de sens dès que l’on prend en compte un modèle réaliste (en présence de soleil)
68Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Influence du type d’isolant et de son épaisseur
69Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
C’est essentiellement la résistance thermique de l’isolantqui importe (et donc son épaisseur). Sa nature ne joue quasiaucun rôle dans la lutte contre la surchauffe.
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Evolution de la température au sein de toitures
Illustration de l’évolution dela température au sein de 4 toitures:1 Toiture non isolée2 T it i lé 6 MW
2 Toiture isolée avec 6cm MW3 Toiture isolée avec 18cm MW4 Toiture isolée avec 30cm MW
Climat extérieur estival- température- ensoleillement
70Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Conclusions Sous conditions réalistes (rayonnement solaire), le
déphasage et l’amortissement perdent de leur sens Il faut surtout isoler suffisamment
favorable sur le confort d’hiver ET d’été favorable sur le confort d hiver ET d été, la capacité thermique de l’isolant en lui-même n’a que peu
d’influence)
La présence de masse thermique lisse les pics detempérature. Le rechauffement est + lent... lerefroidissement aussi...
71Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
72Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
-
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Les Matériaux à Changement de Phase (MCP)
Exemple de l’eau
73Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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MCP : exemple de l'eauT [°C]
eauMélange glace - eau
Changement de phase
Q [J K-1]
glace
0
74Mai 2011
Changement de phase“Fusion / CristallisationGlace-Eau :H = 333 kJ/kg à 0°C
Energie NécessaireEau
1°C 80°C332 kJ / kg
Prévenir la surchauffe estivale
-
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Les Matériaux à Changement de Phase (MCP)
Conditionnement des MCP - Macrocapsules Sacs, bouteilles, sphères, nodules, poches, …
75Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Centre Scientifique et Technique de la Construction www.cstc.be
Les Matériaux à Changement de Phase (MCP)
Conditionnement des MCP - Microcapsules La micro-encapsulation : procédé physique ou
chimique qui permet d'emprisonner de petites gouttes solides ou liquides dans une coquille gouttes solides ou liquides dans une coquille solide de 1 à 1000 µm
76Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Que peuvent apporter les MCP?Essai dans deux cellules de test identiques
Deux cellules d’essais identiques Une cellule contient une masse de MCP L’autre cellule contient une masse équivalente de matériau “inerte”
Un ensemble de capteur permettent de faire un monitoring détaillé
Une ventilation nocturne intensive permet d’assurer la décharge nocturne des MCP qui se sont chargés la journée
Mai 2011 77Prévenir la surchauffe estivale
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Que peuvent apporter les MCP? Différents produits sont testés :
Enduit à base de plâtre (Maxit 23, 2.7kg MCP/m²) Assemblages métalliques (2 types) (Store)(Store)
+ combinaisons de plusieurs produits Au total : 8 configurations différentes
Assemblages métalliques Enduit de plâtreMai 2011 78Prévenir la surchauffe estivale
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28
30
Extérieur
Que peuvent apporter les MCP?Exemple : températures moyennes de l’air mesurées dans les deux cellules lors d’une journée chaude avec l’utilisation de MCP dans l’enduit de plâtre
16
18
20
22
24
26
28
atures moyen
nes intérieure de l'air [°C]
Extérieur
Cellule avec MCP
Cellule sans MCP
8
10
12
14
18/07 0:00
18/07 1:00
18/07 2:00
18/07 3:00
18/07 4:00
18/07 5:00
18/07 6:00
18/07 7:00
18/07 8:00
18/07 9:00
18/07 10
:00
18/07 11
:00
18/07 12
:00
18/07 13
:00
18/07 14
:00
18/07 15
:00
18/07 16
:00
18/07 17
:00
18/07 18
:00
18/07 19
:00
18/07 20
:00
18/07 21
:00
18/07 22
:00
18/07 23
:00
Tempé
r a
ΔTmax = 0.75°C
Mai 2011 79Prévenir la surchauffe estivale
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30
Utilisation des MCPNécessité de les décharger la nuit
Exemple : températures moyennes de l’air mesurées dans les deux cellules lors d’une journée trop chaude (saturation des MCP) pour la configuration “enduit de plâtre”
16
18
20
22
24
26
28
ratures m
oyen
nes intérieure de
l'air [°C]
Extérieur
Cellule avec MCP
Cellule sans MCP
Déchargement
8
10
12
14
21/07 0:00
21/07 1:00
21/07 2:00
21/07 3:00
21/07 4:00
21/07 5:00
21/07 6:00
21/07 7:00
21/07 8:00
21/07 9:00
21/07 10
:00
21/07 11
:00
21/07 12
:00
21/07 13
:00
21/07 14
:00
21/07 15
:00
21/07 16
:00
21/07 17
:00
21/07 18
:00
21/07 19
:00
21/07 20
:00
21/07 21
:00
21/07 22
:00
21/07 23
:00
Tempé Déchargement
nocturne insuffisant
Mai 2011 80Prévenir la surchauffe estivale
-
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Influence de la masse de MCP mise en oeuvre et conditions optimales
Dans les cellules de test, une masse de 100 kg de MCP permet de diminuer la température diurne maximale de 1.9°C
L’installation du MCP testé aura le plus grand effet lorsque : La température intérieure maximale de l’air est comprise entre 28°C et
30°C La température intérieure minimale descend au moins à 18°C
Mai 2011 81Prévenir la surchauffe estivale
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
82Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
-
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Points d’attention
Sécurité incendie Technique parfois incompatible avec certains
systèmes d’alarmey Sécurité à l’effraction Pénétration de l’eau de pluie Pénétration des insectes Ventiler uniquement lorsque la température
extérieure est inférieure à la température i té i
83
intérieure Régulation du système de chauffage Risque de température trop basse le matin
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Exemple de réalisation
84Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Exemple de la maison PLEIADE
85Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Arch : Jaspard
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40
Isolation thermique maison PLEIADE
10
20
30
seur
d’is
olat
ion
(cm
)
86
86
0
Façades Toiture Plancher Mursmitoyens
Epai
ss
-
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Mise en oeuvre...
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Prévention de la surchauffe
88Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Protections solaires
89Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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La ventilation de nuit dans PLEIADE
90Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Ventilation intensive de nuit
30
15
20
25
[°C
]
91
108/1 8/2 8/3 8/4 8/5 8/6 8/7 8/8 8/9 8/10 8/11
Extérieur Salon Bibliothèque Coin repas
Vague de chaleur
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Conclusions – ventilation intensive de nuit
Les performances de la technique dépendent Des taux de ventilation réalisés De la masse thermique et de son accessibilité
Une série de points d’attention doivent être gardés Une série de points d attention doivent être gardés à l’esprit
La technique peut s’appliquer tant en rénovation que pour des bâtiments neufs
Dans tous les cas la ventilation intensive de nuit permet d’améliorer la situation
Cette technique ne permet pas de donner de
92
garanties de confort Le niveau de confort réalisé dans un bâtiment
dépend également de nombreux autres paramètres
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Prévenir la surchauffe
Minimiser les gains de chaleur
Profiter de la masse
thermique
Rafraîchir le bâtiment
Limiter les gains solaires
Choisr sesvitrages
Limiter les gains internes
Utiliserl’éclairage
naturel
Intérêt de matériauxparticuliers
Ventilation intensive de
nuit
Utilisation optimale du
tiragethermique
Autrestechniques
93Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Protections solaires
extérieures
Isoler les parois opaques
Eclairageartificiel à
haute efficacité
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Recourir aux possibilités offertes par la ventilation contrôlée
A BAu sujet des tauxde ventilation :-Ventilation contrôlée : taux de ventilation <
DC
1 h-1
- Pour une ventilation intensive efficace:taux de ventilation de 5…8h-1 ...
94Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
DC
-
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Utilisation de la ventilation mécanique (système D)By-pass de l’échangeur de chaleur By-pass complet ou partiel de l’échangeur de
chaleur Fonction de la fabrication
é Sur base du rendement ou débit restant
Retourbypass
Extérieur
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ApportExtrac-
tion
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Les puits canadiens
Echangeur de chaleur air / sol
Préchauffage hivernal Rafraichissement estival
96Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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97Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
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Rafraichissement estival Le puits canadien et le by pass de l’échangeur
permettent de profiter d’un rafraichissement de l’air
24°C
28°C24.6°C
27.4°C 24°C 24°C
28°C
20°C20°C
98
Puissance limitée par les débits Gain de 10°C = puissance de 1020 W pour 300 m³/h
(0.34 * 300 *10) A répartir dans les différents locaux secs
Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Echangeur de chaleur air / sol – En hiver…
Couplage avec échangeur de chaleur (Ex. 85%)
20°C
0°C17°C
3°C
8°C
0°C
20°C 9.8°C
18.2°C
-
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Evaporative cooling
101Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
L’Alhambra - Grenade
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Le conditionnement d’air
Peut-être utilisé pour atteindre des conditions de confort optimales – quasi le seul moyen de les garantirseul moyen de les garantir
Ne devrait être utilisé qu’une fois les mesures passives entreprises
Puissances réduites à installer
102Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
-
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Autres causes possibles de la surchauffe
Mauvaise régulation du système de chauffage
103Mai 2011 Prévenir la surchauffe estivale
Site portailénergie du cstc
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Merci pour votre attention
Xavier Loncour
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